O-GlcNAc（O-結合型GlcNAc、O-結合型 N-アセチルグルコサミン）は、核や細胞質のタンパク質のセリン・スレオニン残基にみられる可逆的な翻訳後修飾である。この修飾は、セリンまたはスレオニン側鎖のヒドロキシル基とN-アセチルグルコサミン（GlcNAc）の間のβ-グリコシド結合によって特徴づけられる。O-GlcNAcは、(i) 伸長してより複雑な多糖構造を形成することがない、(ii) 膜タンパク質や分泌タンパク質ではなく核や細胞質のタンパク質に主に存在する、(iii) 高度に動的な修飾であり、迅速なターンオーバーが生じる、という点で他のグリコシル化修飾とは異なっている。O-GlcNAc修飾は、後生動物の間で保存されている。 O-GlcNAc化は、非常に動的である、セリンやスレオニンに存在する、といったいくつかの点でタンパク質のリン酸化と類似している。リン酸化の場合にはヒトではおよそ500種類のキナーゼと150種類のホスファターゼによって調節されているのに対し、O-GlcNAcを調節しているのは、O-GlcNAcの付加を担うO-GlcNAc転移酵素（OGT）と除去を担うO-GlcNAcアーゼ（OGA）の2つの酵素のみである。OGTはUDP-GlcNAcを糖供与体として利用して糖の転移を行う。
この翻訳後修飾は1984年に初めて報告されて以降、5000種類以上のタンパク質に同定されている。O-GlcNAc化は、セリン/スレオニンのリン酸化とのクロストーク、タンパク質間相互作用の調節、タンパク質構造や酵素活性の変化、細胞内局在の変化、タンパク質の安定性や分解の調節など、多くの役割が報告されている。O-GlcNAc修飾は細胞の転写装置の多くの構成要素に同定されており、O-GlcNAc化、転写、エピジェネティクスを関連づける多くの研究報告がなされている。他にもアポトーシス、細胞周期、ストレス応答など多くの細胞過程がO-GlcNAcの影響を受ける。UDP-GlcNAcは、アミノ酸、炭水化物、脂肪酸、ヌクレオチドの代謝が統合されるヘキソサミン生合成経路の最終産物であるため、O-GlcNAcはいわば「」として機能し、細胞の代謝状態に応答して変化することが示唆されている。O-GlcNAcの調節異常は、アルツハイマー病、がん、糖尿病、神経変性疾患など多くの病理と関係していることが示唆されている。
発見
1984年Gerald W. Hartの研究室は、糖鎖末端のGlcNAc残基に対して反応するウシ乳汁（GalT）を利用したUDP-[3H]ガラクトースによる放射線標識によって、やリンパ球表面のGlcNAcの調査を行った。標識タンパク質からβ脱離が生じることから[3H]ガラクトースの大部分はO-グリコシド結合を介してタンパク質と結合していたことが示され、またβ脱離産物のクロマトグラフィー解析によって主産物はGalβ1-4GlcNAcitolであることが示されたことで、タンパク質のO-GlcNAc化修飾の存在が明らかにされた。処理非感受性もまた、O-GlcNAc修飾の存在を支持した。放射線標識に先立って界面活性剤による細胞の透過処理を行うことでGalβ1-4GlcNAcitolへ組み込まれる[3H]ガラクトースの量は大幅に増加し、このことからO-GlcNAc化タンパク質の大部分は細胞内に存在することが結論づけられた。
機構
一般的にO-GlcNAcは動的な修飾であり、さまざまなタンパク質でオンとオフが繰り返されているが、一部の残基では恒常的なO-GlcNAc修飾がなされていると考えられている。O-GlcNAcはOGTによって逐次BiBi機構で付加される。OGTはまず糖供与体UDP-GlcNAcを結合し、その後基質タンパク質に結合することでO-GlcNAc修飾を行う。O-GlcNAc修飾はOGAによって効果を伴う加水分解機構を介して除去され、未修飾のタンパク質とGlcNAcが生じる。OGTとOGAの双方に関して結晶構造が報告されているが、これらの基質認識機構は完全には解明されていない。N-結合型グリコシル化は特定のコンセンサス配列（Asn-X-Ser/Thr、Xはプロリン以外の任意のアミノ酸）に対して行われるのに対し、O-GlcNAc化に関しては明確なコンセンサス配列は同定されていない。したがってO-GlcNAc修飾部位の予測は困難であり、修飾部位の同定には一般的には質量分析を必要とする。OGTに関しては、基質認識は、OGTの超らせん型TPRドメインの内側のアスパラギン酸やアスパラギンのラダーモチーフ、活性部位の残基、アダプタータンパク質などいくつかの因子によって調節されていることが示されている。OGTの結晶構造は、基質は伸びたコンフォメーションをとる必要があることを示しており、構造的に柔軟な基質に対する選択性を有することが提唱されている。さまざまな基質に対するOGTやOGAの活性を測定するin vitroでの速度論的実験では、OGTの速度論的パラメータはタンパク質によって多様であるのに対し、OGAのパラメータは比較的一定であることが示された。この結果は、O-GlcNAcの調節において主導的役割を担っているのはOGTであり、OGAは修飾タンパク質の種類ではなく、O-GlcNAcの存在によって主に基質認識を行っていることを示唆している。
検出と特性解析 O-GlcNAcの検出や修飾残基の特定にはいくつかの手法が存在する。
レクチン 植物のレクチンであるは末端に位置するGlcNAc残基を認識することができ、そのためO-GlcNAcの検出に利用されることが多い。このレクチンは、O-GlcNAc構造を持つ成分を濃縮し検出するためのレクチンアフィニティークロマトグラフィーに利用されている。
抗体 修飾されているタンパク質の種類とほぼ無関係にO-GlcNAc修飾を認識するpan-O-GlcNAc抗体も広く利用されている。こうした抗体には、O-GlcNAc化核膜孔複合体タンパク質に対するIgG抗体として得られたRL2や、1か所のセリン-O-GlcNAc修飾を有するペプチドを免疫原として得られたIgM抗体であるCTD110.6などがある。他のO-GlcNAc特異的抗体も報告されているが、修飾タンパク質の種類に対して若干の依存性を有するものもある。
代謝標識 O-GlcNAcの同定を目的とした代謝型ケミカルレポーターは数多く開発されている。こうしたレポーターは一般的には糖アナログであり、新たな反応性を付与するための官能基が付加されている。一例として、Ac4GlcNAzは細胞透過性の過アセチル化アジド（Az）糖であり、細胞内でエステラーゼによってGlcNAzへ脱エステル化され、ヘキソサミンサルベージ経路によってUDP-GlcNAzへ変換される。UDP-GlcNAzはOGTによって糖供与体として利用され、O-GlcNAz修飾が施される。その後、アジド糖の存在はアルキン含有生体直交化学プローブによる反応によって可視化される。こうしたプローブには、FLAGペプチド、ビオチン、色素分子といった容易に同定可能なタグを組み込むことができる。また、O-GlcNAcのストイキオメトリーの測定にはPEGベースのも利用される。5 kDaのPEG分子が結合することで修飾タンパク質の分子量はシフトするが、より高度にO-GlcNAc化がなされたタンパク質では複数のPEG分子が結合することでゲル電気泳動における泳動度はより大きく変化する。（一般的には2位または6位に）アジドやアルキンを含有する他の種類のケミカルレポーターも報告されている。細胞内ではUDP-ガラクトース-4-エピメラーゼの作用によってUDP-GalNAcとUDP-GlcNAcは平衡状態にあるため、GlcNAcアナログの代わりにGalNAcアナログが用いられることもある。Ac4GalNAz処理はAc4GlcNAzよりもO-GlcNAc標識効率が高いことが知られているが、これはおそらくAc4GlcNAz代謝のボトルネックとなっているによるGlcNAz-1-PからUDP-GlcNAzへのプロセシングを回避することができるためであると考えられている。Ac3GlcN-β-Ala-NBD-α-1-P(Ac-SATE)2は細胞内で蛍光色素標識されたUDP-GlcNAcアナログへとプロセシングされ、生細胞内でのO-GlcNAcの一段階での蛍光標識が可能であることが示されている。
代謝標識は、O-GlcNAc化タンパク質の結合パートナーの同定にも利用することができる。こうした目的では、N-アセチル基を伸長してジアジリン（DAz）を組み込んだアナログが利用される。Ac3GlcNDAz-1-P(Ac-SATE)2は、タンパク質のO-GlcNDAz修飾をもたらす。その後UV照射を行うことで、O-GlcNDaz修飾を有するタンパク質とその相互作用タンパク質との間で光架橋が形成される。
こうしたさまざまな代謝型ケミカルレポーターには、ヘキソサミン生合成経路を阻害する、OGAによって認識されずO-GlcNAcのサイクリングをとらえることができない、分泌タンパク質などO-GlcNAc化以外の糖鎖修飾に組み込まれる、といったいくつかの問題点が示されている。また、N-アセチル基にケミカルハンドルを有するレポーターは、酢酸アナログへと加水分解されてタンパク質のアセチル化に利用され、アセチル化タンパク質が標識される可能性もある。さらに、過O-アセチル化単糖はシステインと反応し、S-グリコシル化のアーティファクトが生じることも明らかにされている。この反応は脱離-付加機構で生じる。
化学酵素標識 化学酵素標識は、クリックケミストリーのハンドルを組み込むための代替的戦略となる。Linda Hsieh-Wilsonのグループによって開発され、その後から市販されたClick-IT O-GlcNAc Enzymatic Labeling Systemは、O-GlcNAcへGalNAzを転移することができるGalT Y289L変異体酵素を利用したシステムである。GalNAzの存在（すなわちO-GlcNAcの存在）は、ビオチン、色素分子、PEGといった容易に同定可能なタグを付加したアルキン含有プローブを用いて検出することができる。
FRET FRETを用いてO-GlcNAc化の変化を検出することができる、改変タンパク質を用いたバイオセンサーが開発されている。このセンサーは4つの要素、シアン蛍光タンパク質（CFP）、O-GlcNAc結合ドメイン（末端β-O-GlcNAcを結合するレクチンであるGafDベースのもの）、OGTの既知の基質であるCKIIペプチド、そして黄色蛍光タンパク質（YFP）が連結された構成をしている。CKIIペプチドがO-GlcNAc化されると、GafDドメインがO-GlcNAc部分に結合し、CFPとYFPが近接することでFRETシグナルが生じる。このシグナルは可逆的であるため、さまざまな処理に応答したO-GlcNAcのダイナミクスをモニターするために利用することができる。このセンサーは遺伝的に組み込むことができ、細胞内で使用することができる。また、局在化配列を付加することでこのセンサーを核、細胞質、細胞膜などへ標的化し、特定の区画でのO-GlcNAc化をモニターすることもできる。
質量分析 ウェスタンブロッティングなどの生化学的アプローチも特定のタンパク質がO-GlcNAc化されていることを支持するエビデンスとなるが、質量分析はO-GlcNAcの存在を示す最も信頼性の高いエビデンスとなりうる。質量分析を用いた研究は、O-GlcNAc修飾タンパク質の同定に寄与している。
O-GlcNAc化は目的のタンパク質全量に生じているわけではなく、また未修飾ペプチドの存在下ではが生じるため、通常は質量分析の前にレクチンや抗体による処理、化学タグの付加といったエンリッチメント工程が必要である。（CID）や高エネルギー衝突誘起解離（HCD）といったエネルギー衝突によるフラグメンテーション手法の条件下ではO-GlcNAcは不安定であるため、これらの手法単独ではO-GlcNAc修飾部位のマッピングは容易ではないが、HCDはN-アセチルヘキソサミンに特徴的なフラグメントイオンを生み出すため、O-GlcNAc化状態の検出に利用することができる。HCDを用いてマッピングを行うため、BEMAD法（β脱離とジチオトレイトールを用いたマイケル付加）による、不安定なO-GlcNAc修飾からより安定なマスタグへの変換が行われる場合がある。BEMAD法によってO-GlcNAcのマッピングを行う場合、リン酸化などセリン/スレオニンに対する他の翻訳後修飾が検出されないよう、試料のホスファターゼ処理が必要である。また、（ETD）はO-GlcNAcなどの翻訳後修飾に影響を与えることなくペプチド骨格の開裂を引き起こすため、この手法もマッピングに利用される。
従来のプロテオミクス研究ではフルスキャンスペクトル中で最も存在量の多いイオン種に対して（タンデムMS）が行われてきたため、存在量の少ないイオン種に対して十分な特性解析は行われていない。より標的化したプロテオミクスのための現在の戦略の1つとして、ジブロミドなどのアイソトープ標識を利用したO-GlcNAc化タンパク質に対するタグ付加が挙げられる。この手法を用いることで、低存在量のイオン種に対してもアルゴリズムによる検出が可能となり、その後のタンデムMSによる配列決定が可能となる。こうしたプローブの一例として、ビオチンアフィニティタグ、酸開裂性シラン、アイソトープを有するモチーフそしてアルキンから構成されるものなどがある。セリン/スレオニン残基が1つだけのペプチドでは修飾部位を一意にマッピングすることができる。
こうしたIsoTaG（isotope-targeted glycoproteomics）を用いた分析の一般的手順は次のようなものである。
O-GlcNAz化によるO-GlcNAc代謝標識を行う クリックケミストリーを用いて、O-GlcNAzとIsoTaGを連結する ストレプトアビジンビーズを用いて、タグ付加タンパク質を濃縮する ビーズをトリプシン処理し、非修飾ペプチドを除去する 弱酸を用いてタグを開裂し、アイソトープ標識糖ペプチドをビーズから切り離す アイソトープ標識糖ペプチドからフルスキャンスペクトルを得る プローブ由来の固有の同位体特性を検出するアルゴリズムを適用する アイソトープ標識イオン種に対してタンデムMSを行い、糖ペプチドのアミノ酸配列を得る タンパク質データベースを用いて同定された配列を探索する
Differential isotopic labelingを用いたO-GlcNAcの定量的プロファイリングなど、他の方法論も開発されている。プローブは一般的に、ビオチンアフィニティータグ、（酸または光によって）開裂可能なリンカー、重いもしくは軽いアイソトープタグ、そしてアルキンという構成をしている。
O-GlcNAcの操作 プロテオーム全体または特定のタンパク質に対してO-GlcNAcを操作する、さまざまな化学的・遺伝的手法が開発されている。
化学的手法 OGTとOGAの双方について、細胞内やin vivoで機能する低分子阻害剤が報告されている。OGT阻害剤はO-GlcNAcを全般的に低下させ、OGA阻害剤はO-GlcNAcを全般的に増加させる。こうした阻害剤は、特定のタンパク質に対するO-GlcNAc化のみを調節することはできない。
O-GlcNAc化レベルの低下には、ヘキソサミン生合成経路の阻害も利用することができる。例えば、グルタミンアナログであるアザセリンや（DON）はを阻害することができるが、こうした分子は他の経路に非特異的影響を及ぼす可能性もある。
タンパク質合成 Expressed protein ligation（EPL）法により、部位特異的にO-GlcNAc修飾されたタンパク質を調製することができる。GlcNAc修飾セリン、スレオニン、システインを組み込むことができるペプチド固相合成法も存在する。
遺伝的手法
部位特異的変異導入
O-GlcNAc修飾セリン/スレオニン残基に対するアラニンへの部位特異的変異導入は、特定の残基のO-GlcNAcの機能の研究に利用される。アラニンの側鎖はメチル基であるためO-GlcNAc化部位として作用することはできず、その結果この部位のO-GlcNAcは完全に除去される。セリンやスレオニンのリン酸化は、負に帯電したカルボン酸側鎖を持つアスパラギン酸やグルタミン酸への置換で模倣することができる場合があるが、O-GlcNAcの性質を十分に再現することができる標準アミノ酸は存在しない。O-GlcNAcのかさ高さを模倣するためにトリプトファンへの置換が用いられることもあるが、トリプトファンはO-GlcNAcよりもはるかに疎水的である。また、変異導入は他の翻訳後修飾にも影響を及ぼす場合がある。例えば、セリン残基がリン酸化とO-GlcNAc化による二者択一的な修飾を受けている場合、アラニンへの置換はその双方が完全に失われることとなる。
S-GlcNAc 質量分析により、システイン残基の翻訳後修飾としてS-GlcNAcが同定されている。In vitroでの実験により、OGTはS-GlcNAcの形成を触媒することができるが、OGAはS-GlcNAcを加水分解できないことが示されている。以前の報告ではOGAはチオグリコシドを加水分解できることが示唆されていたが、この活性はアリールチオグリコシドであるpara-nitrophenol-S-GlcNAcに対して示されたのみであり、この物質はシステイン残基よりも脱離基の活性が高い。S-GlcNAcはO-GlcNAcの酵素学的に安定な構造モデルとして用いることができ、ペプチド固相合成や部位特異的導入によって組み込むことができる。
改変OGT ナノボディを付加し、TPRドメインの一部を除去した改変OGTがコードされたコンストラクトを用いることで、細胞内で近接したタンパク質に対して特異的にO-GlcNAc化を行うことができる。選択的なO-GlcNAc化は、標的タンパク質にGFPなどのタンパク質タグを付加し、そのタグを標的とするナノボディを用いることで行うことができる。また内在性タンパク質を標的としたナノボディが存在するのであれば、そうしたものも利用することができる。一例として、α-シヌクレインのC末端のEPEA配列を認識するナノボディを用いることで、α-シヌクレイン選択的なOGTの酵素活性をもたらすことが可能となっている。
機能
アポトーシス アポトーシスは制御された細胞死の一形態であり、O-GlcNAcによって調節されていることが示唆されている。さまざまながんにおいて、O-GlcNAcレベルの上昇によってアポトーシスが抑制されていることが報告されている。カスパーゼ-3、カスパーゼ-8、カスパーゼ-9はO-GlcNAc修飾を受けることが報告されている。カスパーゼ-8は切断/活性化部位の近傍が修飾され、O-GlcNAc修飾は立体障害によってカスパーゼ-8の切断と活性化を遮断している可能性がある。5S-GlcNAcを用いたO-GlcNAcの薬理学的低下はカスパーゼの活性化を加速する一方、thiamet-GによるO-GlcNAcの薬理学的上昇はカスパーゼの活性化を阻害する。
エピジェネティクス ライターとイレイザー 遺伝子をエピジェネティックに調節するタンパク質は、ライター（エピジェネティックな修飾を付加する）、リーダー（修飾を認識する）、イレイサー（修飾を除去する）へと分類されることが多い。これまでに、ライターとイレイサーに関してO-GlcNAc化が同定されている。PRC2の触媒メチルトランスフェラーゼサブユニットであるEZH2は複数の部位がO-GlcNAc化されることが知られており、PRC2複合体形成に先立ってEZH2を安定化し、またジ-、トリ-メチルトランスフェラーゼ活性を調節していると考えられている。のメンバー（、、）は全て、O-GlcNAc修飾されることが知られている。O-GlcNAcはTET3の核外輸送を引き起こし、核からの除去によって酵素活性の低下をもたらしていることが示唆されている。また、のO-GlcNAc化はHDAC1の活性化型リン酸化の増大と関連している。
ヒストンのO-GlcNAc化 クロマチンの主要なタンパク質構成要素であるヒストンタンパク質もO-GlcNAc修飾されることが知られている。O-GlcNAcは全てのコアヒストン（H2A、H2B、H3、H4）に同定されている。ヒストン上のO-GlcNAcの存在は遺伝子の転写に影響を与えるほか、アセチル化やモノユビキチン化など他のヒストン修飾にも影響を及ぼすことが示唆されている。TET2はOGTのTPRドメインと相互作用し、ヒストンへのOGTのリクルートを促進していることが報告されている。この相互作用はヒストンH2BのS112のO-GlcNAc化と関係しており、またその結果H2BのK120のモノユビキチン化へも影響を及ぼす。AMPKによるOGTのT444のリン酸化はOGTとクロマチンとの結合を阻害し、H2BのS112のO-GlcNAc化をダウンレギュレーションすることが知られている。
栄養センシング ヘキソサミン生合成経路の産物であるUDP-GlcNAcは、OGTによるO-GlcNAc付加の触媒に利用される。この経路はアミノ酸、炭水化物、脂肪酸、ヌクレオチドなどさまざまな代謝産物の濃度に関する情報が統合されている。そのため、UDP-GlcNAcの濃度は細胞内の代謝産物濃度に対して感受性を示す。OGTの活性は部分的にはUDP-GlcNAcの濃度によって調節されており、細胞内の栄養素の状態とO-GlcNAc化は関連づけられている。
グルコースの枯渇はUDP-GlcNAc濃度の低下、そしてO-GlcNAcの一過的な低下を引き起こす。一方で直観に反するものの、O-GlcNAc化は後に大きくアップレギュレーションされる。この上昇はAMPKとp38 MAPKの活性化に依存していることが示されており、この効果の一部はOGTのmRNAとタンパク質濃度の上昇によるものである。また、この効果はカルシウムとCaMKIIに依存していることも示唆されている。活性化されたp38は、ニューロフィラメントHなど特定のタンパク質標的へOGTをリクルートする。ニューロフィラメントHはO-GlcNAc修飾によって可溶性が増大する。グルコース枯渇時には、グリコーゲンシンターゼがO-GlcNAc修飾され、その活性が阻害される。
酸化ストレス 酸化ストレスへの細胞応答に関係する転写因子であるは、O-GlcNAcによって間接的に調節されていることが知られている。依存的E3ユビキチンリガーゼ複合体のアダプタータンパク質であるはNRF2の分解を媒介する。酸化ストレスはKEAP1のコンフォメーション変化をもたらし、NRF2の分解を抑制する。KEAP1のS104残基のO-GlcNAc修飾は、NRF2に対する効率的なユビキチン化とその後の分解に必要とされ、このようにO-GlcNAcと酸化ストレスは関連づけられている。グルコース枯渇はO-GlcNAcの低下をもたらし、NRF2の分解を低下させる。KEAP1のS104A変異体を発現している細胞は誘発性のフェロトーシスに対して耐性を示し、S104残基のO-GlcNAcの除去によるNRF2濃度の増加と一致した作用がみられる。
O-GlcNAcの上昇は、肝臓における重要な抗酸化物質の1つであるグルタチオン合成の停止とも関係している。アセトアミノフェンの多量摂取は強力な酸化代謝産物であるの肝臓への蓄積をもたらし、この物質はグルタチオンによって無毒化される。マウスでは、OGTのノックアウトはアセトアミノフェン誘発性の肝障害に対する保護効果を示し、thiamet-GによるOGAの阻害はアセトアミノフェン誘発性肝障害を悪化させる。
タンパク質の凝集 O-GlcNAcはタンパク質凝集を遅らせることが知られているが、この現象がどの程度一般的なものであるかについては明らかではない。
ペプチド固相合成によって、T72残基にO-GlcNAc修飾を有する全長α-シヌクレインタンパク質が調製されている。を用いた凝集アッセイや透過型電子顕微鏡観察によって、この修飾型α-シヌクレインは凝集体を容易には形成しないことが示されている。
変異タウタンパク質を発現するJNPL3トランスジェニックマウスに対するOGA阻害剤処理によってタウのO-GlcNAc化は増大し、神経原線維変化が低下することが脳幹の免疫組織化学的解析によって明らかにされている。また、組換え型O-GlcNAc化タウは未修飾のタウよりも凝集速度が遅いことが、in vitroでのチオフラビンS凝集アッセイで示されている。組換え発現によって調製したO-GlcNAc化と未修飾型との比較でも同様の結果が得られている。
タンパク質のリン酸化
クロストーク リン酸化部位とO-GlcNAc化部位が近接していたり重複していたりする例は多く知られている。O-GclNAc化とリン酸化はどちらもセリン・スレオニン残基に対して行われるため、これらの翻訳後修飾は互いに調節しあうことができる。一例としてでは、S347のO-GlcNAc化がT344のリン酸化に拮抗することが示されている。相互的な阻害、すなわちリン酸化によるO-GlcNAc化の阻害やO-GlcNAc化によるリン酸化の阻害は、マウスの、RNA pol II、タウ、p53、、、β-カテニン、α-シヌクレインなど他のタンパク質でも観察されている。これら2つの翻訳後修飾の間には正の協働性、すなわちリン酸化によるO-GlcNAc化の誘導やO-GlcNAc化によるリン酸化の誘導も観察されており、MeCP2やHDAC1で示されている。また、コフィリンなど他のタンパク質では、リン酸化とO-GlcNAc化が互いに独立して生じているものもある。
O-GlcNAc化の調節によりリン酸化に影響を及ぼす治療戦略も研究されている。例えば、タウのO-GlcNAc化レベルの上昇は、病理的な高リン酸化を阻害することで治療上のベネフィットをもたらす可能性がある。
O-GlcNAcはリン酸化以外にも、リジンのアセチル化やモノユビキチン化など他の翻訳後修飾にも影響を及ぼすことが知られている。
キナーゼ プロテインキナーゼは、セリンやスレオニンのリン酸化を担う酵素である。O-GlcNAcは100種類以上のキナーゼ（ヒトのキノームの約20%）に同定されており、この修飾はキナーゼ活性や基質選択性の変化と関係していることが多い。
キナーゼがO-GlcNAcによって直接調節されている例は、2009年に初めて報告された。CaMKIVは複数の部位がグリコシル化されるが、S189が主要な部位であることが知られている。S189A変異体ではT200のリン酸化による活性化がより容易に生じるようになり、S189のO-GlcNAc化がCaMKIVの活性を阻害する役割を持っていることが示唆されている。では、S189のO-GlcNAc化がATPの結合に干渉している可能性が示されている。